针对电弧快速成形的双丝焊系统研制及其成形技术研究

摘要

电弧快速成形技术是依靠电弧熔化金属焊丝，按照设定的轨迹进行快速堆积成形的技术，其成形件具有力学性能良好，致密度高的优点，具有极大的发展潜力。本课题为了提高电弧快速成形的尺寸控制精度和成形件表面质量，进行了针对双丝焊系统及双丝成形技术的研究。
　　首先进行了焊接设备的改进和双丝焊枪的设计，为焊接系统加设了一套细焊丝送丝设备，并且使用PLC对两套送丝系统进行控制。为了满足双丝焊接系统的工作要求，设计了一体式双丝焊枪，焊枪能够使用两种不同直径的焊丝进行成形工作，并且将细丝送丝机构集成至焊枪，提高成形系统集成性。
　　随后进行了控制程序的编写，控制程序通过当前送丝速度和速度阈值的大小关系判断两送丝机构的工作状态。在成形过程中，系统能够通过触摸屏增减送丝速度，当送丝速度达到速度阈值时，能够进行焊丝的切换。
　　最后完成整个双丝焊接系统的设计后，分别进行粗细两焊丝的成形试验，探究焊接参数对成形形貌的影响，通过细焊丝成形焊道和粗焊丝成形焊道的尺寸对比，得出当细丝实际送丝速度达到设定送丝速度的3.0倍时，同参数下两焊道尺寸最为接近，保持此实际送丝速度和设定送丝速度的比值，进行一焊丝先加速另一焊丝延迟后减速的交替成形试验，探究焊丝切换过程中减速送丝延迟时长对焊缝成形的影响。当减速延迟较低时，成形焊缝会出现先凹后凸的缺陷，当减速延迟达到切换过程总时长的60％时，能得到比较美观的焊缝形貌，当减速延迟继续增大，焊缝中间会出现凸起的缺陷。使用成形良好的减速延迟，进行递变参数双丝交替成形和跳变参数交替成形验证此参数在其他方式交替成形下能否适用，并且经试验验证，该减速延迟下，能够得到成形较为美观的成形焊缝。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高能束快速成形

1．2．2 电弧快速成形

1．3 电弧快速成形存在的问题

1．4 课题研究内容

第二章 双丝焊接系统硬件设计

2．1 双丝交替成形方法介绍

2．2 双丝焊接系统的设计思想

2．3 焊接电源的设计

2．3．1 焊接电源的选择

2．3．2 焊接电源简介

2．3．3 焊接电源改进

2．4 双丝焊枪设计

2．4．1 双丝焊枪设计要求

2．4．2 双丝焊枪设计方案

2．4．3 双丝焊枪喷嘴气保工艺设计

2．5 本章小结

第三章 双丝焊接系统电控设计

3．1 PLC系统概述及设计准则

3．1．1 PLC概述

3．1．2 系统设计的基本原则

3．1．3 PLC控制系统设计的基本步骤

3．2 PLC选型及原理

3．2．1 PLC主机选型

3．2．2 S7-200硬件结构

3．2．3 PLC输入／输出口定义

3．3 双丝焊控制系统设计

3．4 PLC程序设计

3．4．1 S7-200开发环境

3．4．2 控制程序设计

3．5 送丝系统的设计

3．5．1 送丝电机驱动器选择及介绍

3．5．2 电机控制模式选择

3．6 触摸屏的概念及其应用

3．7 触摸屏的选型

3．8 通讯方式

3．8．1 与双丝焊系统的通讯方式

3．8．2 其他通讯接口介绍

3．9 组态设计

3．9．1 工程建立

3．9．2 组态编辑

3．10 本章小结

第四章 单丝成形试验

4．1 试验方案设计

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验设备

4．1．3 宏观金相分析

4．1．4 试验方法

4．2 影响焊缝成形质量因素

4．3 成形质量测评

4．4 双丝对比成形试验

4．4．1 送丝速度对成形的影响

4．4．2 焊接电压对成形的影响

4．4．3 细丝送丝速度倍率对成形的影响

4．5 本章小结

第五章 双丝交替成形试验

5．1 相似形貌双丝交替成形研究

5．1．1 相似形貌成形焊缝探究

5．1．2 不同减速延迟下相似形貌对接焊缝形貌研究

5．2 不同参数双丝交替成形研究

5．2．1 递变参数双丝交替成形研究

5．2．2 跳变参数双丝交替成形研究

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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